4743 «Тепловая защита»
ОЦЕНКА ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ
СТЕНКИ КАМЕРЫ ДВИГАТЕЛЯ
с ТЗП ПАССИВНОГО ТИПА
Студент _____________________ шифр _________ учебная группа ТИ-7-_______
Отделение – дн., веч., заочн.
Обозначение работы: ДКР-2068752-160304-ТИ7-15 -11
Работа защищена «____» ________ 200 __ г.
Руководитель работы _________________ С.А. Кананадзе
Студент _____________________ ______________________
(подпись) (инициалы, фамилия)
Москва, 2011 г Введение
Результатом расчёта ТЗП пассивного типа является: определение уровня температуры в месте контакта (скрепления) поверхностей материала ТЗП и стенки защищаемого элемента конструкции камеры двигателя; а также потребной толщины покрытия, с тем чтобы эта температура была как можно ниже с целью сохранения высокой прочности материала несущей конструкции.
Определение температуры материала несущей конструкции при заданной толщине ТЗП относится к решению обратной задачи.
Решением
прямой
задачи
проектирования
является
определение
толщины ТЗП, ограничивающего нагрев
материала стенки не выше допустимого
значения температуры Тдоп
(
),
например, по условию её механической
прочности, к окончанию работы двигателя.
Для определения температурного поля двухслойной стенки может быть использовано уравнение нестационарной теплопроводности, которое в данном случае решается с учетом изменения теплофизических свойств металла по толщине стенки. Упрощение решения достигается за счет принятия теплофизических материалов покрытия и защищаемой стенки не изменяющихся с ростом температуры прогрева, а также в предположении бесконечно большой теплопроводности металла.
«Оценка теплового состояния стенки камеры двигателя с тзп пассивного типа» Задание № 2.1
Определить температурное поле (профиль) в двухслойной стенке камеры двигателя, защищённой слоем ТЗП пассивного типа, толщиной - ∆П в заданном сечении цилиндрической части корпуса РДТТ с вкладным зарядом в течение времени работы двигателя.
Исходные данные:
Материал теплозащитного покрытия – окись Al со следующими теплофизическими характеристиками: TПЛ = 2290 К; ρП = 2950 кг/см3 ;
λП = 2,59 кг·м/(с³*K) ; СП = 1130 м2/(с2·К). И примем толщину теплозащитного покрытия – 0,0006 м.
1) Определим критерии:
2) По графику номограммы зависимости θ от критерия Fo и параметра μ находим θ = 0,9. При этом температура материала стенки камеры:
Рис.2.1 номограмма зависимости θ от критерия Fo и параметра µ
Температура T = 299,2 ˚C входит в допускаемые из условия механической прочности температуры для данного материала стенки.
Количество теплоты, которое может поглотить материал стенки камеры:
Зависимость
логарифма
от
FoП
при
=
const
носит в основном исключительно линейный
характер. Это
указывает на то, что работа термостойкого
теплоизоляционного материала почти
целиком протекает в условиях регулярного
теплового режима. Следовательно,
представленное номограммой решение
можно аппроксимировать зависимостью
вида:
где lgθ0 – константа аппроксимации; A и С – коэффициенты аппроксимации.
Как
показывает анализ, при А
=
0,45, С
= 0,40,
=
0,0212 точность
аппроксимации в области
=
0,2...20 составляет примерно 1…2%.
При
→0
ошибки аппроксимации возрастают,
оставаясь в пределах 10…12%.
Подставляя
в зависимость развернутые выражения
Fo
и
,
получаем уравнение, квадратное
относительно ∆П.
Решая его, находим потребную толщину ТЗП пассивного типа.
;
Находим значения F, M, G, H для расчета ∆П :
Определяем
потребную толщину ТЗП:
Пренебрегая кривизной двухслойной стенки камеры двигателя, массу одного квадратного метра (погонной массы) конструкции можно определить как:
3) Строим температурный профиль двухслойной стенки.
Рис. 2.2 изменение температуры от толщины стенки в двухслойной стенке
Тут видно, как меняется температура в двухслойной стенке.